CP-FREE OFDM系统MMSE均衡及信道估计

摘要

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）系统由于其高速率传输已经在 LTE系统中广泛应用了，而其性能的优良和循环前缀的加入有很大关系，保证此系统可以在多径信道下不受到码间干扰的影响。不过在LTE系统中循环前缀的长度有时会占据20%的带宽，随着对频谱利用率要求的提高，传统OFDM系统中由于循环前缀的添加使得其利用率的提升比较有限。为此，许多学者展开了对无循环前缀 OFDM系统（Cyclic Prefix-FREE OFDM, CP-FREE OFDM）系统的研究。现已有一个无循环前缀OFDM系统，称作符号循环移位均衡OFDM系统（Symbol Cyclic Shift Equalization OFDM, SCSE-OFDM），由Xiqing Liu提出，其中在接收端利用判决反馈均衡模块将码间干扰问题进行消除，利用CP恢复过程实现了子载波干扰的消除。但是在此系统中，接收端仅考虑了迫零均衡从而产生了噪声放大的问题，同时此系统中也没有考虑信道估计的相关问题。本文为了提升无循环前缀OFDM系统的性能并完善此系统将从多个方面进行研究。
　　为了避免迫零均衡可能导致的噪声放大的问题，本文首先考虑了仅平衡噪声放大问题的最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）均衡器，接下来在Ghosh的判决反馈误差为高斯分布的假设下设计了考虑判决反馈误差的MMSE均衡器。为了了解判决反馈误差的分布情况，对判决反馈误差通过仿真分析首次观察到其服从 Alpha稳定分布。为了减弱判决反馈误差，本文通过设置反馈门限从而减少了将严重错判反馈的情况，系统的误码率性能得到了提升。
　　由于接收机的硬判决，性能提升仍然受限。为此，本文将Turbo均衡技术和无循环前缀OFDM系统相结合。在接收机将MMSE均衡和Turbo解码连接起来，利用Turbo译码输出的外部信息在MMSE均衡中进行估计，然后利用估计出来的符号更新每一个比特的外部信息，通过多次循环性能有了很大的提升。
　　为了使无循环前缀OFDM系统更加完整，本文最后对此系统下的信道估计进行了研究。在添加导频的情况下，设计了基于最小二乘（Least Square, LS）和最小均方（LMMSE）的两种信道估计方案。此外，在不添加导频的情况下基于子空间理论提出盲估计方案，利用过采样及重复因子实现了信道估计。最后考虑在信道先验信息不足的情况下，利用自适应滤波进行信道估计。尤其研究了在 Alpha稳定分布噪声下基于RLP（Recursive Least P-norm）和LMP（Linear Mean P-norm）的自适应滤波技术，信道估计准确度得到了很好的提升。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3本文研究内容和组成结构

第2章 无循环前缀OFDM系统MMSE均衡

2.1 MMSE均衡下的SCSE-OFDM系统

2.2考虑判决反馈误差的MMSE均衡设计

2.3 判决反馈误差的分布情况

2.4改进的判决反馈均衡模块

2.5 本章小结

第3章 基于Turbo均衡的SCSE-OFDM系统

3.1 Turbo SCSE-OFDM系统

3.2 Turbo均衡模块中的迭代解码

3.3 性能仿真

3.4 本章小结

第4章 无循环前缀OFDM系统信道估计

4.1 导频辅助信道估计

4.2 基于子空间的信道盲估计方案

4.3基于自适应滤波的信道估计

4.4 本章总结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果及参与项目

声明

致谢